低温泵及真空排气方法

低温泵及真空排气方法
【专利摘要】本发明提供一种能够高速排出非冷凝性气体的低温泵、低温板结构及真空排气方法。本发明的低温泵（1）具备：吸附低温板（2），具备接收非冷凝性气体的入射的前表面（4）和具备非冷凝性气体的吸附区域的背面（5）；以及反射低温板（3），具备与背面（5）对置的非冷凝性气体的反射面（7）。吸附低温板（2）可以具有多个从前表面（4）贯穿至背面（5）的贯穿孔（6）。吸附低温板（2）可以具有10%以上70%以下的非冷凝性气体的通过概率。
【专利说明】低温泵及真空排气方法
[0001]本申请主张基于2013年5月27日申请的第2013-111346号日本专利申请的优先权。该日本专利申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

【技术领域】
[0002]本发明涉及一种低温泵及真空排气方法。

【背景技术】
[0003]低温泵为通过冷凝或吸附将气体分子捕捉到被冷却至超低温的低温板上以进行排气的真空泵。低温泵一般用于实现半导体电路制造工艺等中要求的清洁的真空环境。作为低温泵的应用之一，例如离子注入工序，例如氢等非冷凝性气体有时占应排出气体的一大半。非冷凝性气体只有吸附在被冷却至超低温的吸附区域才能够排出。
[0004]专利文献1:日本特开2012-237262号公报
[0005]专利文献2:日本特开2010-84702号公报


【发明内容】

[0006]本发明的一种实施方式的例不性目的之一在于，提供一种能够高速排出非冷凝性气体的低温泵及真空排气方法。
[0007]根据本发明的一种实施方式，提供一种低温泵，其中，该低温泵具备:吸附低温板，具备接收非冷凝性气体的入射的前表面和具备非冷凝性气体的吸附区域的背面；以及反射低温板，具备与所述背面对置的非冷凝性气体的反射面，所述吸附低温板具有多个从所述前表面贯穿至所述背面的孔。
[0008]根据本发明的一种实施方式，提供一种低温泵，其中，该低温泵具备:吸附低温板，具备接收非冷凝性气体的入射的前表面和具备非冷凝性气体的吸附区域的背面；以及反射低温板，具备与所述背面对置的非冷凝性气体的反射面，所述吸附低温板具有10%以上70%以下的非冷凝性气体的通过概率。
[0009]根据本发明的一种实施方式，提供一种真空排气方法，其排出非冷凝性气体，其中，所述方法具备以下步骤:通过吸附低温板，将非冷凝性气体接收在所述吸附低温板与和该吸附低温板相邻的低温板之间，其中，所述吸附低温板具有10%以上70%以下的非冷凝性气体的通过概率；利用所述相邻的低温板反射非冷凝性气体；以及将反射后的非冷凝性气体吸附在所述吸附低温板上。
[0010]另外，将以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表现形式在方法、装置及系统等之间相互替换的技术也作为本发明的方式有效。
[0011]根据本发明，提供一种能够高速排出非冷凝性气体的低温泵及真空排气方法。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是概略表示本发明的第I实施方式所涉及的低温泵的主要部分的图。
[0013]图2是本发明的第I实施方式所涉及的吸附低温板的俯视图。
[0014]图3是概略表示本发明的第I实施方式所涉及的低温泵的主要部分的图。
[0015]图4是例示本发明的第I实施方式所涉及的吸附低温板结构的排气概率与吸附低温板的通过概率之间的关系的图表。
[0016]图5是示意表示本发明的第2实施方式所涉及的低温泵的主要部分的剖视图。
[0017]图6是示意表示本发明的第3实施方式所涉及的低温泵的主要部分的剖视图。
[0018]图7是示意表示本发明的第3实施方式所涉及的低温板的立体图。
[0019]图8是示意表示本发明的第4实施方式所涉及的低温泵的主要部分的剖视图。
[0020]图9是示意表示本发明的第5实施方式所涉及的低温泵的主要部分的剖视图。
[0021]图中:1-低温泵,2-吸附低温板,3-反射低温板,4-前表面,5-背面,7-反射面，8-吸附低温板结构，10-低温泵，12-吸气口，16-制冷机，30-放射屏蔽件。

【具体实施方式】
[0022]以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，说明中对相同要件标注相同的符号，并适当省略重复说明。
[0023]图1是概略表示本发明的第I实施方式所涉及的低温泵I的主要部分的图。为简单明了，图1中仅示出吸附低温板2及反射低温板3。图1示出包括低温泵I的中心轴的截面。
[0024]吸附低温板2具备前表面4及背面5。前表面4被配置成接收非冷凝性气体分子(例如氢分子)的入射。背面5具备非冷凝性气体的吸附区域。吸附区域例如为设置有适于吸附非冷凝性气体的吸附剂(例如活性炭)的区域。
[0025]图2是本发明的第I实施方式所涉及的吸附低温板2的俯视图。吸附低温板2具有多个贯穿孔6。吸附低温板2可以为圆形的冲孔板或开孔板。贯穿孔6从前表面4向背面5贯穿吸附低温板2而形成。图示的贯穿孔6遍及整个吸附低温板2均匀分布。在图示的吸附低温板2中，贯穿孔6为排列成格子状的圆形的开口。
[0026]如图1所示，反射低温板3具备非冷凝性气体分子的反射面7。反射面7与吸附低温板2的背面5对置。反射低温板3可以为低温泵I的放射屏蔽件。此时，反射低温板3包围吸附低温板2。吸附低温板2的前表面4朝向放射屏蔽件的主开口，吸附低温板2的背面5朝向作为反射面7的放射屏蔽件的底面。
[0027]在低温泵I进行真空排气运行时，非冷凝性气体分子进入低温泵I中。如箭头A所例示，有的非冷凝性气体分子被前表面4反射而返回到低温泵I的外部。
[0028]如箭头B所例示，有的非冷凝性气体分子通过吸附低温板2的贯穿孔6，进入吸附低温板2与反射低温板3之间的空间。该非冷凝性气体分子被反射低温板3反射。反射后的非冷凝性气体分子入射到吸附低温板2的背面5，随机性地吸附在吸附区域。或者，反射后的非冷凝性气体分子有可能再次通过贯穿孔6返回到低温泵I的外部。
[0029]假如吸附低温板2不具有贯穿孔6时，如虚线箭头C所例示，通过吸附低温板2的非冷凝性气体分子的路径被限定在吸附低温板2外侧的间隙。非冷凝性气体分子从吸附低温板2的外侧进入，被反射低温板3反射。其中，一大半分子入射到吸附低温板2的背面5的外周部。如此，非冷凝性气体分子集中在吸附低温板2的外周部，在吸附低温板2的表面上产生非冷凝性气体的吸附量的二维分布。由于外周部的吸附区域先饱和，因此尽管中心部的吸附区域还有余裕，却不得不早期进行低温泵I的再生。
[0030]当没有贯穿孔6时，为了将更多量的非冷凝性气体导入到吸附低温板2与反射低温板3之间，必须扩大吸附低温板2周围的间隙。为此，需要将吸附低温板2小型化或者将反射低温板3 (例如放射屏蔽件)大型化。小型的吸附低温板2由于吸附区域狭窄，因此限制低温泵I的吸附性能。大型的反射低温板3会导致低温泵I变大，因此有可能招致拥有成本增大。
[0031]但是，根据本实施方式，由于贯穿孔6形成于吸附低温板2上，因此非冷凝性气体分子不仅入射到吸附低温板2的背面5的外周部，而且还容易入射到中心部。因此，吸附低温板2的中心部的吸附区域也有效地用于非冷凝性气体的排出，可以抑制集中吸附在外周部。
[0032]如此，本实施方式所涉及的低温泵I具备由一对低温板即吸附低温板2和与其相邻的反射低温板3构成的吸附低温板结构8。一对低温板中至少一个关于非冷凝性气体具有某一通过概率。换言之，吸附低温板结构8是通过具有透过率的低温板在低温板之间接收非冷凝性气体而捕捉非冷凝性气体。其结果，可以缓和低温板面内的吸附量的偏差，能够有效利用整个吸附区域。因此，根据本实施方式，能够提高非冷凝性气体的排气速度和/或吸留量。
[0033]并且，根据本实施方式，能够紧密排列低温板。这有助于提高设计上的自由度。还能够提供一种小型且高性能的低温泵I。
[0034]然而，从前面叙述中可以理解，本实施方式所涉及的吸附低温板结构8，关于吸附低温板2中的非冷凝性气体分子的通过概率具有最佳值或范围。下面对此进行详细说明。
[0035]进入低温泵I的非冷凝性气体的一部分被吸附低温板2的前表面4或反射低温板3反射而返回到低温泵I的外部。当吸附低温板2的通过概率过大时(例如，如图3所示，当贯穿孔6较大时)，反射低温板3的反射变得显著，对吸附低温板结构8的排气性能的贡献较小。即，由于非冷凝性气体通过贯穿孔6后被反射低温板3反射并再次通过贯穿孔6从低温泵I排出，因此未捕捉到吸附低温板结构8的非冷凝性气体分子增加。相反，当吸附低温板2的通过概率过小时，与没有贯穿孔6的情况相同，非冷凝型气体被吸附低温板2的前表面4反射，由此未捕捉到吸附低温板结构8的非冷凝性气体分子增加。
[0036]使用图1所示的模型能够在理论上求出本实施方式所涉及的吸附低温板结构8的非冷凝性气体的排气概率。下面，将吸附低温板2的通过概率标记为t，将吸附区域中的非冷凝性气体的捕捉概率(例如活性炭中的氢吸収概率)标记为a。
[0037]在N个分子入射到低温泵I时，tN个分子通过吸附低温板2，( 1-t) N个分子被吸附低温板2的前表面4反射。通过吸附低温板2的tN个分子被反射低温板3反射之后再次朝向吸附低温板2。t2N个分子通过吸附低温板2，t (1-t)N个分子入射到吸附低温板2的背面5。因此，at (l-t)N个分子捕捉到吸附区域。未被捕捉的分子被背面5反射而再次朝向反射低温板3。反复进行这样的反射和捕捉。
[0038]考察结果，本实施方式所涉及的吸附低温板结构具有由以下公式表示的非冷凝性气体的排气概率P。
[0039]P=at (1-t) / (t (l~a) +a)
[0040]捕捉概率a是表示吸附区域的性能的常数。因此，上述公式表示吸附低温板结构的排气概率P与吸附低温板2的通过概率t之间的关系。
[0041]图4是例示本实施方式所涉及的吸附低温板结构的排气概率P与吸附低温板2的通过概率t之间的关系的图表。纵轴表示排气概率P，横轴表示通过概率t。如该图所示，根据本实施方式所涉及的吸附低温板结构，排气概率P呈山形分布，在某一通过概率t下赋予最大的排气概率P。图示的图表表示基于图1所示的模型的分析结果。但是很显然，即使将本实施方式所涉及的吸附低温板结构适用于现实中的低温泵时，排气概率P与通过概率t之间的关系也具有同样的倾向。
[0042]因此，为了得到良好的排气概率P，如图4中范围K所示，吸附低温板2优选具有10%以上70%以下的非冷凝性气体分子的通过概率。为了得到更良好的排气概率P，如图中范围L所示，吸附低温板2优选具有15%以上60%以下的非冷凝性气体分子的通过概率。为了得到进一步良好的排气概率P，如图中范围M所示，吸附低温板2优选具有20%以上50%以下的非冷凝性气体分子的通过概率。在图4所例示的关系中，吸附低温板2具有约35%的通过概率时实现最大的排气概率。
[0043]在一种实施方式中，通过贯穿孔6的总面积与吸附低温板2的面积之比(以下还称为开口面积比)来对吸附低温板2中的通过概率进行具体表示。因此，吸附低温板2优选具有10%以上70%以下的开口面积比，更优选具有15%以上60%以下的开口面积比，进一步优选具有20%以上50%以下的开口面积比。换言之，吸附低温板2在其面积当中10%以上70%以下、15%以上60%以下、或20%以上50%以下的部分为开口。
[0044]为了防止吸附低温板2中的吸附量的偏差，吸附低温板2优选具有均匀分布的多个贯穿孔6。并且，当各个孔过大时，如上所述，反射低温板3的反射变得显著。从这样的观点出发，贯穿孔6的孔宽度(例如图2所示的孔径E)优选为约20mm以下。并且，考虑低温板材料(例如金属)的贯穿孔6的加工性，贯穿孔6的孔宽度优选为约4_以上。
[0045]在一种实施方式中，通过将粒状的吸附剂(例如活性炭)粘接在低温板材料而形成吸附区域。为了将粒状的吸附剂粘接在相邻的2个孔之间的材料部分，贯穿孔6的孔间隔(例如相邻的2个孔的距离W (参考图2))优选为与孔宽度相同的程度，例如孔宽度的0.5倍?2倍或0.8倍?1.25倍。
[0046]并且，在与贯穿孔6的孔宽度相比，吸附低温板2和反射低温板3过度靠近时(例如，当图1所示的板间距离H较小时)，未捕捉到吸附低温板结构8的非冷凝性气体分子也增加。与贯穿孔6较大的情况相同。
[0047]因此，吸附低温板2与反射低温板3之间的距离优选等于或大于贯穿孔6的孔宽度(或孔间隔)。吸附低温板2与反射低温板3之间的距离更优选等于或大于贯穿孔6的孔宽度(或孔间隔)的2倍。因此，在一种实施方式中，Η/E彡1，优选Η/E彡2。或者，在一种实施方式中，H/W彡1，优选H/W彡2。
[0048]吸附低温板结构8能够适用于低温泵I的各部位，有助于提高低温泵I的性能。下面，对吸附低温板结构8的几个适用例进行说明。
[0049]图5是示意表示本发明的第2实施方式所涉及的低温泵10的主要部分的剖视图。低温泵10具备由顶板46和在其下相邻的低温吸附板49构成的吸附低温板结构60。S卩，顶板46相当于第I实施方式中的吸附低温板2，低温吸附板49相当于第I实施方式中的反射低温板3。
[0050]因此，顶板46具备接收非冷凝性气体的入射的前表面和具备非冷凝性气体的吸附区域48的背面。顶板46的前表面朝向吸气口 12。与图2所示的吸附低温板2相同，在顶板46上形成有多个从前表面贯穿至背面的孔。低温吸附板49具备与顶板46的背面对置的非冷凝性气体的反射面。该反射面为低温吸附板49的前表面，该前表面上未设有吸附区域48。
[0051]根据第2实施方式，非冷凝性气体能够通过顶板46的贯穿孔进入吸附低温板结构60。非冷凝性气体分子的进入路径不限于包围顶板46的外侧的气体接收空间50。因此，顶板46的吸附区域48中的中心部分也能够应用于非冷凝性气体的排出。
[0052]另外，在低温泵10中，配置吸附低温板结构60的位置及方向是任意的。在一种实施方式中，低温泵10也可以具备由底板47和在其上相邻的低温吸附板44构成的吸附低温板结构60。此时，底板47相当于第I实施方式中的吸附低温板2，低温吸附板44相当于第I实施方式中的反射低温板3。底板47的前表面朝向屏蔽件底部34。并且,在一种实施方式中，低温泵10还可以具备在低温板总成20中由相邻的2个低温吸附板44构成的吸附低温板结构60。
[0053]以下，对第2实施方式所涉及的低温泵10的结构进行详细说明。低温泵10例如安装于离子注入装置或溅射装置等的真空腔室，用于将真空腔室内部的真空度提高至所希望的工艺所要求的水平为止。低温泵10具有用于接收气体的吸气口 12。应被排出的气体从安装有低温泵10的真空腔室通过吸气口 12进入低温泵10的内部空间14。图5示出包括低温泵10的内部空间14的中心轴A的截面。图中，单点划线表示中心轴A。
[0054]此外，以下为了便于理解低温泵10的构成要件的位置关系，有时使用“轴向”、“放射方向”等术语。轴向表示穿过吸气口 12的方向(图5中沿单点划线A的方向)，放射方向表示沿吸气口 12的方向(与单点划线A垂直的方向)。为方便起见，在轴向上，有时将相对靠近吸气口 12的方向后称作“上”，相对远离的方向称作“下”。即，有时将相对远离低温泵10的底部的方向称作“上”，相对靠近的方向称作“下”。在放射方向上，有时将靠近吸气口 12的中心(图5中为中心轴A)的方向称作“内”，将靠近吸气口 12的周缘的方向称作“外”。放射方向也可以称为径向。另外，这种表现形式与低温泵10安装于真空腔室时的配置无关。例如，低温泵10可以沿垂直方向使吸气口 12朝下来安装于真空腔室。
[0055]低温栗10具备制冷机16。制冷机16例如为吉福德_麦克马洪式制冷机(所谓的GM制冷机)等超低温制冷机。制冷机16为具备第I冷却台22及第2冷却台24的二级式制冷机。制冷机16被构成为将第I冷却台22冷却至第I温度水平，将第2冷却台24冷却至第2温度水平。第2温度水平的温度低于第I温度水平。例如，第I冷却台22被冷却至65K?120K左右，优选被冷却至80K?100K，第2冷却台24被冷却至1K?20K左右。
[0056]图5所示的低温泵10为所谓的卧式低温泵。卧式低温泵一般是指制冷机16配设成与低温泵10的内部空间14的中心轴A交叉(通常为正交)的低温泵。本发明同样也能够适用于所谓的立式低温泵。立式低温泵是指制冷机沿着低温泵的轴向配设的低温泵。
[0057]低温泵10具备第I低温板18和低温板总成20。第I低温板18是为了保护低温板总成20免受来自低温泵10的外部或低温泵容器38的辐射热而设置的低温板。第I低温板18具备放射屏蔽件30和入口低温板32，且包围低温板总成20。第I低温板18与第I冷却台22热连接。因此，第I低温板18被冷却至第I温度水平。
[0058]低温泵容器38为容纳第I低温板18及低温板总成20的低温泵10的框体。吸气口 12通过低温泵容器38的前端40而划定。低温泵容器38为能够保持内部空间14的真空气密性的真空容器。
[0059]低温板总成20设置于低温泵10的内部空间14的中心部。低温板总成20具备多个低温板和板安装部件42。低温板总成20经由板安装部件42安装于第2冷却台24上。如此一来，低温板总成20与第2冷却台24热连接。因此，低温板总成20被冷却至第2温度水平。
[0060]在低温板总成20中，在至少一部分表面上形成有吸附区域48。吸附区域48是为了通过吸附来捕捉非冷凝性气体(例如氢)而设置的。吸附区域48例如通过将吸附剂(例如活性炭)粘接在低温板表面来形成。并且，在低温板总成20的至少一部分表面上形成有通过冷凝来捕捉冷凝性气体的冷凝区域。冷凝区域例如为在低温板表面上去掉吸附剂的区域，低温板基材表面例如金属面被露出。因此，冷凝区域还能够称作非吸附区域。因此，低温板总成20具备在局部上具有冷凝区域(或还称为非吸附区域)的吸附板或低温吸附板44。
[0061]多个低温吸附板44沿着从屏蔽件开口 26朝向屏蔽件底部34的方向(即沿着中心轴A)排列。多个低温吸附板44为分别与中心轴A垂直地延伸的平板(例如圆板)，其相互平行地安装于板安装部件42上。为了方便说明，有时将多个低温吸附板44中最靠近吸气口 12的低温吸附板称作顶板46，将多个低温吸附板44中最靠近屏蔽件底部34的低温吸附板称作底板47。
[0062]低温板总成20在吸气口 12与屏蔽件底部34之间沿着轴向细长地延伸。轴向上的低温板总成20的从上端至下端的距离长于低温板总成20的轴向的垂直投影的外形尺寸。例如，顶板46与底板47之间的间隔大于低温吸附板44的宽度或直径。
[0063]低温吸附板44为与中心轴A垂直地延伸的平板(例如圆板)，在其两面形成有吸附区域48。吸附区域48形成于在上方相邻的低温吸附板44的阴影的位置上，以免从吸气口12看得见。即，吸附区域48形成于各低温吸附板44的上表面中心部与下表面整个区域。但是，在顶板46及在其下方紧邻的低温吸附板49的上表面未设置吸附区域48。
[0064]如该图所示，多个低温吸附板44可以分别具有相同的形状，也可以具有不同的形状(例如不同的直径)。多个低温吸附板44中的某些低温吸附板44可以具有与在其上方紧邻的低温吸附板44相同的形状或者比其大的形状。其结果，底板47可以大于顶板46。底板47的面积可以为顶板46面积的约1.5倍?约5倍。
[0065]并且，如该图所示，多个低温吸附板44的间隔可以恒定，也可以互不相同。
[0066]本 申请人:之前提出的低温泵也具备适于非冷凝性气体的排出的低温板总成或多个低温吸附板的排列。这样的低温泵例如公开于日本特开2012-237262号公报、美国专利申请公开第2013/0008189号。这些全部通过参考援用于本申请说明书中。
[0067]放射屏蔽件30是为了保护低温板总成20免受来自低温泵容器38的辐射热而设置的。放射屏蔽件30位于低温泵容器38与低温板总成20之间，且包围低温板总成20。放射屏蔽件30具备划定屏蔽件开口 26的屏蔽件前端28、与屏蔽件开口 26对置的屏蔽件底部34、以及从屏蔽件前端28向屏蔽件底部34延伸的屏蔽件侧部36。屏蔽件开口 26位于吸气口 12。放射屏蔽件30具有屏蔽件底部34被封闭的筒形(例如圆筒)的形状，并形成为杯状。
[0068]在屏蔽件侧部36有用于安装制冷机16的孔，制冷机16的第2冷却台24从该孔被插入到放射屏蔽件30中。在该安装孔的外周部，第I冷却台22固定于放射屏蔽件30的外表面。如此，放射屏蔽件30与第I冷却台22热连接。
[0069]另外，放射屏蔽件30可以不构成为如图所示的一体的筒状，也可以通过多个零件构成为整体呈筒状形状。这些多个零件可以相互保持间隙而配设。例如，放射屏蔽件30在轴向上可以被分割成2个部分。此时，放射屏蔽件30的上部为两端开放的筒，放射屏蔽件30的下部则上端开放且在下端具有屏蔽件底部34。
[0070]放射屏蔽件30中，在吸气口 12与屏蔽件底部34之间形成有包围低温板总成20的气体接收空间50。气体接收空间50为低温泵10的内部空间14的一部分，且为与低温板总成20在放射方向上相邻的区域。气体接收空间50在轴向上从吸气口 12遍及屏蔽件底部34包围各低温吸附板44的外周。
[0071]入口低温板32为了保护低温板总成20免受来自低温泵10的外部热源(例如，安装有低温泵10的真空腔室内的热源)的辐射热而设置于吸气口 12 (或屏蔽件开口 26，以下相同)。并且，在入口低温板32的冷却温度下冷凝的气体(例如水分)被捕捉到其表面。
[0072]入口低温板32配置于在吸气口 12中与低温板总成20对应的位置。入口低温板32占据吸气口 12的开口面积的中心部分，在与放射屏蔽件30之间形成环状的开放区域51。开放区域51为吸气口 12中与气体接收空间50对应的位置。气体接收空间50以包围低温板总成20的方式位于内部空间14的外周部，因此开放区域51位于吸气口 12的外周部。开放区域51为气体接收空间50的入口，低温泵10通过开放区域51将气体接收在气体接收空间50。
[0073]入口低温板32经由安装部件(未图示)而安装于屏蔽件前端28。如此，入口低温板32固定于放射屏蔽件30上，且与放射屏蔽件30热连接。入口低温板32虽然靠近低温板总成20，但并不接触。
[0074]入口低温板32具备配设于吸气口 12的平面结构。入口低温板32例如可以具备平板(例如圆板)型的板，也可以具备形成为同心圆状或格栅状的百叶窗或人字纹状物。入口低温板32可以配设成横跨整个吸气口 12。此时，开放区域51可以通过去掉板的一部分或者去掉百叶窗或人字纹状物的一部分叶片来形成。
[0075]图6是示意表示本发明的第3实施方式所涉及的低温泵10的主要部分的剖视图。第3实施方式所涉及的低温泵10具备:具有多个被排列成嵌套状的低温板102的低温板总成100，来代替第2实施方式所涉及的低温板总成20。另外，为简单明了，在图6中省略图示制冷机16。
[0076]多个低温板102在轴向上重叠且紧密地排列。但是，如图6所示，多个低温板102中最靠近入口低温板32的顶板137在轴向上并不与第二个靠近入口低温板32的低温板139重叠。
[0077]低温板总成100具备由顶板137和在其下方相邻的低温板139构成的吸附低温板结构70。S卩，顶板137相当于第I实施方式中的吸附低温板2，低温板139相当于第I实施方式中的反射低温板3。
[0078]因此，顶板137具备接收非冷凝性气体的入射的前表面和具备非冷凝性气体的吸附区域的背面。顶板137的前表面朝向吸气口 12。与图2所示的吸附低温板2相同，在顶板137上形成有多个从前表面贯穿至背面的孔。低温板139具备与顶板137的背面对置的非冷凝性气体的反射面。该反射面为低温板139的前表面，该前表面上未设置吸附区域。
[0079]图7是示意表示本发明的第3实施方式所涉及的低温板102的立体图。低温板102具有倒圆锥台状的形状。低温板102还能够具有研钵状、深盘状或球状的形状。低温板102在上端部104具有较大的尺寸(即为大径)，在下端部106具有比其小的尺寸(即为小径)。
[0080]低温板102具备连结上端部104和下端部106的倾斜区域108。倾斜区域108相当于倒圆锥台的侧面。由此，低温板102以低温板102的前表面的法线与中心轴A交叉的方式倾斜。倾斜区域108基本上占放射方向上的该低温板的整个宽度D。
[0081]但是，如图7所示，低温板102可以在下端部106具备安装部110。安装部110为平坦的区域。安装部I1为用于将低温板102安装于板安装部件112 (参考图2)上的凸缘。板安装部件112是为了将低温板102与制冷机16的第2冷却台24 (参考图5)机械固定且热连接而设置的。通过设置这样的平坦的安装凸缘，低温板102安装于板安装部件112上的安装工作变得轻松。
[0082]在低温板102上可以形成有用于插通制冷机16的缺口或开口(未图示)。
[0083]如图6所示，多个低温板102同轴配设于放射屏蔽件30的中心轴A上。因此，多个低温板102各自的倾斜区域108以靠近中心轴A的下端部106 (参考图7)远离屏蔽件开口 26且远离中心轴A的上端部104靠近屏蔽件开口 26的方式倾斜。靠近吸气口 12的低温板102小于远离吸气口 12的低温板102。相邻的2个低温板102中上侧的低温板的直径小于下侧的低温板102的直径。
[0084]低温板总成100被划分为上部结构128和下部结构130。上部结构128具备至少I个低温板102，该至少I个低温板102具备具有朝向屏蔽件前端28的倾斜角度的倾斜区域108 (参考图7)。下面，有时将具有这样的倾斜的低温板102称作上部低温板。另外，低温板的倾斜角度是指垂直于中心轴A的平面与低温板102的表面之间的角度。
[0085]上部低温板102具有被调整为从低温泵10的外部无法观察到其背面132的倾斜角度。即，背面132 (即倾斜区域108)的倾斜角度被规定成从屏蔽件前端28的视线不与背面132交叉。因此，如图6中虚线箭头134所示，上部低温板102的外侧末端朝向屏蔽件前端28的稍微下方。因此，上部低温板102各自的倾斜角度不同，越是上方的低温板，倾斜角度越小。另外，还有可能存在如下情况，即代替屏蔽件前端28，应该考虑从低温泵容器38的前端40的视线，以免从低温泵10的外部观察到上部低温板102的背面132。
[0086]低温板总成100的下部结构130具备至少I个低温板102。如图6中虚线箭头136所示，该至少I个低温板102具备朝向屏蔽件侧部36倾斜的倾斜区域108 (参考图7)。下面，有时将具有这样的倾斜的低温板102称作下部低温板。S卩，下部低温板102具有朝向屏蔽件侧部36的倾斜角度，因此从低温泵10的外部无法观察到其背面138。下部低温板102分别具有相等的倾斜角度。
[0087]在一种实施方式中，与下部结构130的低温板102相同，上部结构128的至少一部分或所有的低温板102可以平行地排列。若所有的低温板都平行则制作轻松。此时，顶板137的末端可以朝向低温泵前端(的稍微下方)，顶板下方的低温板可以朝向屏蔽件侧部36。
[0088]与某一个上侧的低温板的内周端相比，该低温板下侧的几个低温板的外周端更靠近吸气口 12。换言之，某一个下侧的低温板的倾斜部超出该低温板上侧的几个低温板的内周端而朝向斜上方延伸。如此一来，在上侧的低温板与下侧的低温板之间形成用于接收氢气的细长的间隙149，多个低温板102被排列成嵌套状。
[0089]这样的低温板彼此的位置关系不仅在下部结构130，在上部结构128的几个低温板中也是通用的。但是，该位置关系在下部结构130中显著。例如，最下方的低温板的外周端比从该最下方的低温板起向上方第6块的低温板的内周端更靠近吸气口 12。
[0090]间隙149沿着倾斜区域108较深地延伸。间隙的深度大于间隙入口的宽度。低温板总成100具有上述较深的间隙结构，由此能够提高氢气的捕捉率。即，能够尽量捕捉一旦进入间隙149的全部氢分子而不让其向外部逸出。
[0091]在上部低温板102的背面132的整个区域形成有吸附区域。在下部低温板102的背面138的整个区域形成有吸附区域。并且，在各低温板的前表面上，以从屏蔽件前端28向与该低温板在上方紧邻的低温板的外周端引出的视线作为边界，在边界内侧形成有吸附区域。最靠近吸气口 12的顶部的低温板137的前表面的整个区域为冷凝区域。也可以是最靠近吸气口 12的多块低温板的前表面的整个区域为冷凝区域。
[0092]如此一来，多个低温板102分别在从低温泵10的外部无法观察到的部位具备吸附区域。由此，低温板总成100被构成为从低温泵10的外部完全无法观察到吸附区域。
[0093]然而，积蓄在低温泵中的气体通常通过再生处理基本上被完全排出，在再生结束时低温泵恢复到标准规格上的排气性能。但是，所积蓄的气体中的一部分成分即使经过再生处理，残留在吸附剂中的比例仍旧较高。
[0094]例如，在离子注入装置中以真空排气用途设置的低温泵中，观察到粘附性物质附着在作为吸附剂的活性炭上的现象。该粘附性物质即使经过再生处理也难以完全去除。可以认为该粘附性物质是由从覆盖在处理对象基板上的光致抗蚀剂排出的有机类的漏气所引起的。或者，也有可能是由离子注入处理中用作掺杂剂气体即原料气体的毒性气体所引起的。还有可能是由离子注入处理中的其他副产气体所引起的。还有可能是由这些气体混合反应而生成粘附性物质。
[0095]离子注入处理中，低温泵排出的气体的大部分可能是氢气。氢气通过再生基本上被完全排出至外部。若难再生气体为微量，则在I次低温抽取处理中难再生气体对低温泵的排气性能的影响轻微。但是，在反复进行低温抽取处理和再生处理的过程中，难再生气体渐渐积蓄在吸附剂上，有可能使排气性能降低。当排气性能下降至允许范围以下时，需要进行包括例如更换吸附剂或与吸附剂一同更换低温板、或对吸附剂进行化学上的难再生气体去除处理在内的维护工作。
[0096]难再生气体几乎无一例外是冷凝性气体。从外部朝向低温泵10飞来的冷凝性气体的分子通过入口低温板32周围的开放区域以直线路径到达放射屏蔽件30或低温板总成100外周的冷凝区域，被捕捉到它们的表面。通过避免吸附区域向吸气口 12暴露来保护吸附区域免受进入到低温泵10中的气体所含的难再生气体的影响。难再生气体沉积在冷凝区域。如此，能够同时兼顾非冷凝性气体的高速排气以及保护吸附区域免受难再生气体的影响。避免吸附区域的暴露，还有助于保护吸附区域免受水分的影响。
[0097]低温泵10能够将所进入的氢分子接收在低温板102之间的细长的间隙149中。入射到间隙149中的氢分子被低温板表面反射而引导至间隙149的深处。在低温板结构的中心部形成有吸附区域。因此，能够有效地吸附氢分子，能够实现氢气的高速排气。
[0098]本 申请人:之前提出的低温泵也具备兼顾氢的高速排气和吸附剂的保护的独自的低温板结构。在该低温板结构中，各个低温板沿着与低温泵的中心轴垂直的平面朝向放射屏蔽件延伸。图5中例示出这样的低温板结构。与具有这样的水平低温板的低温泵相比，本实施方式的具有倾斜低温板的低温泵的氢气的排气速度进一步提高了约20%至30%，其通过基于蒙特卡罗法的模拟实验得到了确认。
[0099]图8是示意表示本发明的第4实施方式所涉及的低温泵I的主要部分的剖视图。在第4实施方式所涉及的低温泵I中，反射低温板3为放射屏蔽件的至少一部分，吸附低温板2与放射屏蔽件的至少一部分相邻。吸附低温板2为具有多个贯穿孔6的筒状部件。该筒状部件具有稍微小于反射低温板3的尺寸。吸附低温板2设置在反射低温板3的内侧。如此，可以在紧靠放射屏蔽件的侧面及底面的内侧形成吸附低温板结构。另外，第4实施方式所涉及的低温泵I可以具备第2实施方式所涉及的低温板总成20或第3实施方式所涉及的低温板总成100。
[0100]图9是示意表示本发明的第5实施方式所涉及的低温泵I的主要部分的剖视图。第5实施方式所涉及的低温泵I具备多个吸附低温板2。多个吸附低温板2在轴向上相互平行地排列，且被放射屏蔽件30包围。在该低温泵I中，反射低温板3为在某一吸附低温板2的下方相邻的另一吸附低温板2。各吸附低温板2具有贯穿孔6。此时，各吸附低温板2被形成为越是上方的吸附低温板2具有越高的通过概率。
[0101]以上，根据实施例对本发明进行了说明。本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员可以理解能够实施各种设计变更，且能够实施各种变形例，并且这种变形例也包括在本发明的范围内。
[0102]例如，形成于吸附低温板2上的开口(例如孔或狭槽)的形状是任意的。在上述的实施方式中，开口为具有封闭轮廓的形状，但不限于此。吸附低温板2也可以具有向其外周开放的轮廓的开口。并且，关于开口的排列，如上所述，若为有规则的或格子状的排列则在制造方面有利，但也可以为其他任意的排列。
[0103]吸附低温板2和/或反射低温板3可以由多个零件形成。例如，吸附低温板2可以具有由多个细长的部件构成的框架结构或骨架结构。
【权利要求】
1.一种低温泵，其特征在于，具备: 吸附低温板，具备接收非冷凝性气体的入射的前表面和具备非冷凝性气体的吸附区域的背面；以及 反射低温板，具备与所述背面对置的非冷凝性气体的反射面， 所述吸附低温板具有多个从所述前表面贯穿至所述背面的孔。
2.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于，具备: 多个低温板的排列，包括所述吸附低温板及所述反射低温板； 放射屏蔽件，包围所述多个低温板的排列； 制冷机，被构成为将所述放射屏蔽件冷却至第I冷却温度，且将所述多个低温板的排列冷却至低于所述第I冷却温度的第2冷却温度， 所述吸附低温板在所述多个低温板的排列中最靠近低温泵吸气口，所述前表面朝向所述低温泵吸气口。
3.根据权利要求1或2所述的低温泵，其特征在于， 所述吸附低温板具有10%以上70%以下的非冷凝性气体的通过概率。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的低温泵，其特征在于， 所述吸附低温板与所述反射低温板之间的距离为所述多个孔的孔宽度以上。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的低温泵，其特征在于， 所述多个孔的孔宽度为20mm以下。
6.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于， 所述反射低温板为放射屏蔽件的至少一部分，所述吸附低温板与所述放射屏蔽件的至少一部分相邻。
7.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于， 所述反射低温板为与所述吸附低温板相邻且具有所述多个孔的另一吸附低温板。
8.—种低温泵，其特征在于，具备: 吸附低温板，具备接收非冷凝性气体的入射的前表面和具备非冷凝性气体的吸附区域的背面；以及 反射低温板，具备与所述背面对置的非冷凝性气体的反射面， 所述吸附低温板具有10%以上70%以下的非冷凝性气体的通过概率。
9.一种真空排气方法，其排出非冷凝性气体，所述方法的特征在于，具备以下步骤: 通过吸附低温板，将非冷凝性气体接收在所述吸附低温板与和该吸附低温板相邻的低温板之间，其中，所述吸附低温板具有10%以上70%以下的非冷凝性气体的通过概率；利用所述相邻的低温板反射非冷凝性气体；以及将反射后的非冷凝性气体吸附在所述吸附低温板上。
【文档编号】F04B37/08GK104179660SQ201410127229
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2013年5月27日
【发明者】高桥走 申请人:住友重机械工业株式会社